Nature Biomedical Engineering:吸入式雾化LNP,递送mRNA疫苗,成功治疗致命性流感

2021-10-26 “E药世界”公众号 “E药世界”公众号

该研究描述了LNP的设计三原则,优化了由脂质、中性或阳离子辅助脂质和聚乙二醇 (PEG)组成的 LNP 的组成、摩尔比和结构,改善了雾化LNP的肺脏递送效果

2020年获得FDA批准上市的两款mRNA疫苗,均使用了脂质纳米颗粒(LNP)作为递送载体,这也让脂质纳米颗粒这一非病毒载体获得了广泛关注。通过注射全身给药,让携带mRNA的LNP随血液循环进入肺部。

除了这种注射全身给药以外,还有研究将疫苗进行雾化处理,通过吸入的方式直接地送到肺部,这种方式可以避免注射带来的不良反应,而且疫苗所需剂量也大大降低。但雾化LNP在递送过程中结构是否稳定?在气道中与细胞、蛋白及物理屏障的相互作用有何不同,这些尚不清楚。

近日,美国埃默里大学医学院的研究人员在 Nature 子刊 Nature Biomedical Engineering 上发表了题为:Optimization of lipid nanoparticles for the delivery of nebulized therapeutic mRNA to the lungs 的研究论文。

该研究描述了一种基于体内聚类的迭代筛选方法,以识别改善肺脏递送的 LNP 化学特征,并构建了一种通过雾化将RNA有效输送到肺部的新型LNP,这种雾化LNP递送编码广泛中和抗体的mRNA,递送效率高于现有的RNA递送系统,可保护小鼠免受甲型H1N1亚型流感病毒的致命攻击。

化合物7C1是一种寡聚物-脂质结合物,研究团队用化合物7C1配制了6组LNP药物。动态光散射显示三组 LNP 不稳定并且流体动力学直径大于 200 nm,这三组的聚乙二醇 (PEG)-脂质百分比非常低。因此,他们确定了第一条设计原则:PEG-脂质对于形成稳定的基于 7C1 的 LNP 结构至关重要。

接下来,他们将另外三组的LNP,分别以每只小鼠 43 μg mRNA 的量雾化给药。使用 IVIS 体内成像系统,他们发现这三组均转染到了肺脏,但转染效率参差不齐。当提高阳离子辅助脂质和PEG的摩尔百分比后,可促进肺脏转染。这些数据使他们得出了第二条设计原则:阳离子辅助脂质和高摩尔百分比的 PEG 的组合可导致雾化后 mRNA 递送增加。

研究团队推测肺中的 LNP 相互作用可以由多种力驱动,包括基于 PEG 的亲水性相互作用以及电荷。因此,他们使用不同C长度的脂质和不同摩尔百分比的PEG配制LNP,再以每只小鼠 13.5 μg mRNA 的剂量雾化。他们观察到,用 C 18配制的 LNP往往比用 C 14配制的 LNP 具有更高的 mRNA 表达。此外,用较低摩尔百分比的 PEG 配制的 LNP 转染效率更高。这些数据表明 PEG-脂质比和辅助脂质选择之间存在很强的相关性,因此他们得出了第三条设计原则:用中性磷脂脂质配制的 LNP 比用阳离子辅助脂质配制的 LNP 需要更少的 PEG。

使用这三个设计规则,研究团队构建了一个名为雾化肺递送1号(Nebulized Lung Delivery 1,NLD1)的 LNP 进行进一步分析。他们配制了 NLD1 以携带抗HINI病毒的 mRNA,并以每只小鼠 100 μg 的剂量雾化给药。与现有的RNA递送系统相比,NLD1 在经过雾化后更稳定,具有良好的耐受性,对肺的转染效率更高,肺脏广泛表达递送的mRNA,使受病毒感染的六只小鼠全部存活了下来。

该研究描述了LNP的设计三原则,优化了由脂质、中性或阳离子辅助脂质和聚乙二醇 (PEG)组成的 LNP 的组成、摩尔比和结构,改善了雾化LNP的肺脏递送效果,并且还表明了雾化肺递送1号(NLD1)的巨大临床转化潜能。

原始出处:

Lokugamage, M.P., Vanover, D., Beyersdorf, J. et al. Optimization of lipid nanoparticles for the delivery of nebulized therapeutic mRNA to the lungs. Nat Biomed Eng 5, 1059–1068 (2021). https://doi.org/10.1038/s41551-021-00786-x.

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